Entre 2022 et 2023, le nombre de véhicules électriques à pile à combustible fonctionnant à l’hydrogène a diminué, passant de 20 704 à 14 451. Une baisse annuelle n’est pas suffisante pour établir une tendance dans l’intérêt des consommateurs pour les véhicules à hydrogène. Mais il y a des discussions de part et d’autre. Si les avantages d’un véhicule à hydrogène sont nombreux, les discussions sur la sécurité d’un véhicule à hydrogène sont également nombreuses. Dans les sections suivantes, nous examinerons ces deux aspects des véhicules à hydrogène.
Le caractère unique des véhicules à hydrogène
Bien qu’il s’agisse d’un véhicule électrique, les véhicules à hydrogène n’ont pas besoin de batteries intégrées. Ils ont leur centrale électrique à bord, capable de convertir l’hydrogène du réservoir en électricité. Les voitures à hydrogène ne produisent aucune émission locale.
Cependant, le plus grand avantage qu’elles ont à offrir – jusqu’à présent – est la brièveté du temps de ravitaillement. Contrairement aux autres véhicules électriques, la recharge des véhicules à hydrogène n’est pas fonction du modèle et de l’infrastructure du véhicule. La batterie a une longue durée de stockage et son autonomie ne dépend pas de la température extérieure, ce qui élimine le risque de détérioration par temps froid.
L’hydrogène est également un moyen très efficace de stocker et de transporter l’énergie renouvelable, et son adoption contribue à réduire les coûts à long terme.
Si tout le monde peut profiter des avantages de l’hydrogène, certaines études mettent en évidence les risques et les dommages potentiels qu’il présente. Aujourd’hui, nous allons nous pencher sur le cas d’une équipe de l’Université technique de Graz qui a analysé les risques et les dommages potentiels des véhicules à hydrogène dans les tunnels. L’étude a également formulé quelques recommandations.
Risques et dommages potentiels des véhicules à hydrogène : Comment minimiser les risques
Dans le cadre de son projet HyTRA, l’université de technologie de Graz a étudié plusieurs aspects qui pourraient s’avérer risqués. L’étude a évalué les types d’incidents possibles, les dangers pour les personnes et la structure du tunnel, et a recommandé des mesures à prendre pour minimiser ces risques.
Bien que les chercheurs aient déterminé que la probabilité d’accidents impliquant des véhicules à hydrogène dans un tunnel est faible, la densité énergétique élevée de l’hydrogène et sa pression de stockage importante font de ces FCEV alimentés à l’hydrogène un risque significatif de dommages importants.
Le stockage de l’hydrogène dans les réservoirs des voitures à une pression de 700 bars pourrait entraîner la libération rapide d’une grande quantité d’énergie. S’il s’enflamme, l’hydrogène peut brûler à des températures supérieures à 2000 degrés Celsius. Les fabricants conçoivent les réservoirs de carburant de manière à ce qu’ils soient robustes et bien protégés contre les chocs mécaniques ; cependant, ils ne sont pas à la hauteur dans des situations telles que les collisions par l’arrière avec de gros camions.
En gros, trois scénarios dangereux peuvent résulter d’une telle collision.
Dans le premier cas, le dispositif de décompression thermique (TPRD) peut se déclencher lorsque la pression augmente en raison d’un impact thermique, libérant l’hydrogène du réservoir dans un jet contrôlé. Ce mécanisme permet de maintenir la pression à un niveau sûr, empêchant ainsi la rupture du réservoir. Il peut toutefois constituer un danger si l’hydrogène libéré se mélange à l’air et s’enflamme. La zone de danger reste néanmoins confinée.
Ce scénario s’aggrave en cas de défaillance du dispositif de décharge de la pression thermique, ce qui peut entraîner l’explosion du réservoir. L’onde de choc qui en résulterait pourrait se propager à l’ensemble du canal. Le risque de décès s’étendrait jusqu’à environ 30 mètres, tandis que la probabilité de blessures internes graves s’étendrait jusqu’à 300 mètres. Plus loin, il existe toujours un risque de rupture des tympans.
Dans le troisième scénario, le moins probable de tous, l’hydrogène est d’abord libéré sans s’enflammer. Étant l’élément le plus léger du tableau périodique, le gaz s’élève et s’accumule sous forme de nuage sous le plafond du tunnel. Si une source d’inflammation, telle que des lampes chaudes ou une impulsion électrique, est présente, elle peut déclencher une explosion du nuage d’hydrogène, générant une onde de souffle importante.
Les auteurs du scénario de risque ont proposé une série de stratégies d’atténuation. L’équipe a suggéré de mettre en œuvre des limites de vitesse plus strictes, surveillées par un contrôle de section. Elle a également conseillé des stratégies précises de contrôle de la distance, soutenues par un mécanisme de signalisation robuste pour alerter les conducteurs lorsqu’ils suivent de trop près.
En discutant des risques et des dommages potentiels des véhicules à hydrogène, l’équipe de l’université de Graz n’a pas oublié de mentionner le contexte dans lequel ils opèrent et la manière dont leurs risques et dommages potentiels sont mesurés.
“Les réservoirs d’hydrogène modernes sont construits de manière si sûre qu’il faut que beaucoup de choses se passent mal pour que l’hydrogène s’échappe.
– Daniel Fruhwirt, Institut de thermodynamique et de systèmes de propulsion durables de l’université technique de Graz.
La poussée vers les véhicules à hydrogène
Les chercheurs prévoient une augmentation significative de l’adoption des véhicules à hydrogène dans les années à venir. Les chercheurs et les analystes du secteur estiment que le nombre de véhicules à hydrogène en service dans le monde dépassera le million en 2027, contre un peu plus de 60 000 en 2022, ce qui représente une augmentation de plus de 1 500 %. Le marché des consommateurs devrait être le principal segment de l’espace des véhicules à hydrogène, représentant plus de 60 % d’ici 2027.
Des initiatives gouvernementales ont été mises en place pour promouvoir les véhicules à pile à combustible. Par exemple, l’Office of Energy Efficiency and Renewable Energy (Office de l’efficacité énergétique et des énergies renouvelables), qui dépend du ministère de l’énergie, a lancé l’initiative H2USA en 2013. Dans leur déclaration officielle, les autorités gouvernementales ont expliqué la mission de H2USA comme suit :
“La mission de H2USA est de promouvoir l’introduction et l’adoption généralisée des véhicules électriques à pile à combustible à travers l’Amérique. Ses membres sont des agences fédérales, l’association professionnelle des piles à combustible, des constructeurs automobiles, des fournisseurs d’hydrogène, des développeurs de piles à combustible, des laboratoires nationaux et d’autres parties prenantes. Cette collaboration offre aux États-Unis une plateforme similaire aux collaborations public-privé dans d’autres pays axés sur l’hydrogène, en particulier l’Allemagne, le Japon et le Royaume-Uni”.
H2USA compterait aujourd’hui plus de 30 participants.
Outre les initiatives gouvernementales, de nombreuses recherches sur l’amélioration des performances sont en cours pour susciter l’intérêt et la confiance des consommateurs potentiels à l’égard des véhicules à pile à hydrogène.
Par exemple, une étude récente menée par une équipe de chercheurs de Harvard et de l’université nationale d’Incheon a mis au point une approche pour construire des piles à combustible qui obtiennent de bons résultats en termes de durabilité et de durée de vie. L’étude portait sur le développement d’une catégorie de membranes électrolytiques résistantes à la fatigue, constituées d’un réseau interpénétré de Nafion et de polyéther perfluoré (PFPE). L’équipe a constaté une légère dégradation des performances de la pile à combustible en échange d’une « amélioration stupéfiante de la durabilité/longévité ».
Un autre développement particulièrement encourageant pour les fabricants est l’introduction d’enzymes spécialisées dans les puits de pétrole épuisés. Ces enzymes décomposent les hydrocarbures persistants en divers composants, dont l’hydrogène. Cette avancée pourrait permettre à d’innombrables puits de pétrole épuisés et abandonnés dans le monde entier de se transformer en sources d’un carburant plus durable provenant de leurs profondeurs : l’hydrogène.
La promotion des véhicules à hydrogène s’inscrit dans la perspective de créer des alternatives de transport plus durables pour l’avenir, potentiellement plus durables encore que les véhicules électriques (VE). En effet, les VE ne sont pas totalement durables ; leur potentiel d’émission dépend de la manière dont l’électricité est produite.
De nombreuses entreprises développent des solutions pour les véhicules à hydrogène, anticipant le fait que les gouvernements et les autorités de transport favoriseront de plus en plus les véhicules à hydrogène par rapport aux VE à l’avenir. Dans les sections suivantes, nous examinerons quelques-unes de ces entreprises.
L’avenir des véhicules à pile à hydrogène
Dans l’ensemble, l’avenir des véhicules à hydrogène semble prometteur, car le besoin de solutions de transport durables est de plus en plus pressant à l’échelle mondiale. Toutefois, pour devenir plus efficaces et plus sûrs, les fabricants et les chercheurs en technologie devraient travailler sur tous les aspects d’une voiture électrique à pile à hydrogène, y compris la pile, le réservoir de carburant, le contrôleur et le système thermique.
Ces véhicules offrent plusieurs avantages, notamment un couple instantané et une puissance douce et constante, une maintenance réduite, un ravitaillement rapide, des émissions nulles et bien d’autres choses encore. Toutefois, les fabricants devront travailler davantage sur les coûts.
L’acquisition d’une voiture à pile à combustible peut coûter plus cher que celle d’une voiture conventionnelle de taille comparable. Toutefois, plusieurs mesures d’incitation sont disponibles dans les économies développées, telles qu’une remise de 4 500 dollars (7 500 dollars pour les acheteurs ayant des revenus suffisants) dans le cadre du projet californien de remise sur les véhicules propres et d’autres encore. Si ces incitations peuvent stimuler l’adoption et la visibilité à court terme, le succès à long terme ne dépendra que des normes de sécurité et de performance offertes.